JP2010065993A - Environmental conditioning system and environmental conditioning method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、航空機などの乗物用の環境調和システムに関する。 The present invention relates to an environmental harmony system for a vehicle such as an aircraft.
飛行中、航空機は、調和空気をタービンエンジンの圧縮機から得ている。抽気は、圧縮機から高温で出力され、熱交換器を通流して低温になる。この空気は、最終的に客室に供給される。このような圧縮機からの空気の調和プロセスは、エアサイクルとして周知である。 During flight, the aircraft obtains conditioned air from the compressor of the turbine engine. The bleed air is output from the compressor at a high temperature and flows through the heat exchanger to a low temperature. This air is finally supplied to the cabin. This process of conditioning the air from the compressor is known as the air cycle.
しかし、この空気調和方法は、空気を調和するために要する以上のエネルギーが使用されるため効率的ではない。これは、圧縮機によってもたらされる圧力が、大部分の運転点において適切な調和に要求される圧力を超えるためである。このように不必要な圧力を生じさせることは、出力の非効率的な使用につながる。環境調和システムを非効率的に使用することにより、必要以上の燃料が航空機によって消費されるため望ましくない。 However, this air conditioning method is not efficient because it uses more energy than is necessary to harmonize the air. This is because the pressure provided by the compressor exceeds the pressure required for proper harmony at most operating points. Creating unnecessary pressure in this way leads to inefficient use of the output. Inefficient use of environmentally conscious systems is undesirable because more fuel is consumed by the aircraft.
したがって、航空機に使用されるより効率的な環境調和システムが必要とされている。 Therefore, there is a need for a more efficient environmental harmonization system used for aircraft.
環境調和システムは、空気流路内の空気を圧縮する圧縮機を有する。圧縮機はタービンに連結されており、タービンによって駆動される。圧縮機は、空気流路を介して蒸発器と連通している。蒸発器は、圧縮機からの空気を冷却するように構成されている。 The environmental harmony system has a compressor which compresses air in an air channel. The compressor is connected to and driven by the turbine. The compressor is in communication with the evaporator via an air flow path. The evaporator is configured to cool the air from the compressor.
当業者であれば、以下に記載する、発明を実施するための形態から本発明の種々の特徴および利点を理解されるであろう。発明を実施するための形態に伴う図面について以下に簡単に説明する。 Those skilled in the art will appreciate various features and advantages of the invention from the following detailed description. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings that accompany the detailed description are briefly described below.
図1を参照すると、航空機などの乗り物用の環境調和システム10が概略的に示されている。図示するように、空気は、空気供給源58から空気流路18を通って、客室54に使用するために調和される。空気流路18には、圧縮機11、熱交換器30、再熱器38、蒸発器26、水分除去器34およびタービン22が接続されている。圧縮機11は、シャフト12によってタービン22に接続されている。圧縮機11は、タービン22により駆動され、モータ42から動力を受ける。
Referring to FIG. 1, an
外部空気供給源や他の圧縮機(図示せず)からの抽気など空気供給源58からの空気は、圧縮機11へと供給される。圧縮機11は空気を圧縮し、したがって、空気流路18内の空気を加熱して、この空気を熱交換器30へと送る。熱交換器30は、ヒートシンクへと廃熱して、圧縮機11からの空気の温度を低下させる。熱交換器30は、1つまたは複数の熱交換器から構成されてもよい。ヒートシンクは、周囲空気によって冷却されてもよい。次いで、空気は、熱交換器30から再熱器38に送られ、その後、第1の蒸発器26へと送られる。第1の蒸発器26からの空気は、再熱器38のヒートシンクとして作用し、これにより、蒸発器26に要求される伝熱が低下する。
Air from the
第1の蒸発器26において、空気流路18内の空気の温度は、効果的に著しく低下する。第1の蒸発器26は、冷媒を伴うベーパサイクル型の蒸発器(vapor cycle evaporator)である。冷媒圧縮機および凝縮器(図示せず)により、第1の蒸発器26に冷媒ガスが供給され、周知のように第1の蒸発器26が冷却される。第1の蒸発器26は、空気流路18内の空気を冷却し、その結果、空気内の蒸気が凝縮される。この蒸気は、次いで、水分除去器34によって除去される。その後、空気は、再熱器38を通って再加熱される。次いで、タービン22は、空気流路18に通して空気を客室54へと流すとともに、空気を膨張させて、さらに空気の温度および圧力を低下させる。
In the
タービン22は、タービンエンジンの圧縮機(図示せず)の抽気から動力を受ける。モータ42は、シャフト12に接続されており、タービンエンジンからの抽気の圧力が十分でない場合に圧縮機11およびタービン22に付加的な動力を供給する。モータ42は、制御ユニット46によって制御される。制御ユニット46は、シャフト12の回転速度を制御するように機能し、したがって、圧縮機11およびタービン22の回転速度を制御する。このように、客室54に供給される空気量が制御される。
モータ42、したがって、圧縮機11およびタービン22の速度が増すと、客室54への空気流が増加し、モータの速度が減少すると、客室54への空気流が減少する。圧縮機11およびタービン22に対する利用可能な余剰な出力がある場合には、この付加的な出力を熱交換器30のラム空気ヒートシンクを駆動させるために使用してもよい。
Increasing the speed of the
この設計の結果、多くのエネルギーを消費することなく第1の蒸発器26によって多くの熱が除去されるため、客室54への空気を調和するのに要する出力が最適化される。熱交換器とともに蒸発器を用いることにより、エアサイクルによる調和とベーパサイクルによる調和との間に効率的なバランスが実現する。さらに、再熱器38および第1の蒸発器26は、所望の供給温度および相対的な湿度で調和空気を供給するように設計される。
As a result of this design, the
また、空気供給源の圧力が冷却に最も効果的な場合、空気供給源の圧力を用いてもよく、そうでない場合には、モータ42からの出力を介して空気供給源の圧力を増加させてもよい。このように、圧縮機11からの空気を、最大冷却条件を満たすように非設計条件(off−design condition)で過度に加圧する必要がない。モータ42からシャフト12への出力によって環境調和システム10を通流する空気の量を制御することができる。
Also, if the pressure of the air supply source is most effective for cooling, the pressure of the air supply source may be used, otherwise, the pressure of the air supply source is increased via the output from the
図2を参照すると、環境調和システム10に加えられた付加的な蒸発器、つまり第2の蒸発器50が図示されている。第2の蒸発器50は、冷媒を伴うベーパサイクル型の蒸発器である。図示されているように、第2の蒸発器50は、客室54から空気を得ている。第2の蒸発器50は、別のベーパサイクル蒸発プロセスを介して客室54からの空気の過度の熱を除去する。このように、客室54から再循環された空気は、調和され、空気供給源58からの新鮮な空気と混合され、これにより、新鮮な空気と再循環空気が効果的に組み合わされる。ある割合の新鮮な空気が再循環空気とともに供給されるため、環境調和システム10が多くのエネルギーを消費することなく、客室54内に良質な空気が保たれる。
Referring to FIG. 2, an additional evaporator, or
第2の蒸発器50に存在する冷媒は、所望のレベルの加熱度に制御される。冷媒は、冷媒流路86を通って第1の蒸発器26に供給され、次いで、冷媒圧縮機70に供給される。この冷媒圧縮機70は、環境調和システム10のベーパサイクルの一部である。冷媒圧縮機70は、第1の蒸発器26および第2の蒸発器50のために冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、次いで、冷媒凝縮器72、または補助冷却器(subcooler)に送られ、冷媒凝縮器72は、第1の蒸発器26および第2の蒸発器50の一方に冷媒を戻す。第1のバルブ78および第2のバルブ82が配設されており、第1および第2のバルブは、バルブ制御ユニット90により制御される。バルブ制御ユニット90は、どの程度の割合で冷媒凝縮器72を第1の蒸発器26および第2の蒸発器50に戻すかを決定する。このようにして、第1の蒸発器26と第2の蒸発器50との間の冷却要求がつり合う。第1の蒸発器26および第2の蒸発器50が冷媒流路86に沿って直列に整列しているため、要求される全冷媒流が最小となる。また、第1の蒸発器26は、通常、より高温の空気に曝されるため、所望であればシステムに実質的な加熱度を加えるように用いてもよい。加熱度は、ベーパサイクル冷媒圧縮機70の排出温度を上昇させるように利用することができ、より効率的な運転を実現する。
The refrigerant present in the
上記の記載は、例示的なものであり、限定的なものではない。したがって、当業者であれば、本発明の趣旨から逸脱することなく、開示された実施例に対して種々の修正および変更がなされることを理解されるであろう。本発明に付与される法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによって決定することができる。 The above description is illustrative and not restrictive. Accordingly, one of ordinary skill in the art appreciates that various modifications and changes can be made to the disclosed embodiments without departing from the spirit of the invention. The scope of legal protection given to this invention can be determined by studying the following claims.
10 環境調和システム
11 圧縮機
12 シャフト
18 空気流路
22 タービン
26 第1の蒸発器
30 熱交換器
34 水分除去器
38 再熱器
42 モータ
46 制御ユニット
50 第2の蒸発器
54 客室
58 空気供給源
70 冷媒圧縮機
72 冷媒凝縮器
78 第1のバルブ
82 第2のバルブ
86 冷媒流路
90 バルブ制御ユニット
DESCRIPTION OF
Claims (20)
圧縮機に接続され、圧縮機を駆動するタービンと、
圧縮機からの空気を受ける第1の蒸発器と、
を備え、
第1の蒸発器は、圧縮機からの空気を冷却するように構成されることを特徴とする環境調和システム。 A compressor for compressing air in the air flow path;
A turbine connected to the compressor and driving the compressor;
A first evaporator that receives air from the compressor;
With
An environmental harmony system, wherein the first evaporator is configured to cool air from a compressor.
圧縮機に接続され、圧縮機を駆動するタービンと、
圧縮機と連通し、圧縮機からの空気を冷却するように構成される第1の蒸発器と、
第1の蒸発器の下流に位置し、空気を加熱する再熱器と、
を備え、
タービンは、第1の蒸発器の下流で空気流路に配設され
再熱器は、第1の蒸発器の下流の空気を加熱するために、圧縮機から熱を得るように構成されることを特徴とする環境調和システム。 A compressor for compressing air in the air flow path;
A turbine connected to the compressor and driving the compressor;
A first evaporator in communication with the compressor and configured to cool air from the compressor;
A reheater located downstream of the first evaporator to heat the air;
With
The turbine is disposed in the air flow path downstream of the first evaporator and the reheater is configured to obtain heat from the compressor to heat the air downstream of the first evaporator. Environmentally friendly system characterized by
熱を除去するように空気を蒸発させるステップと、
空気を再加熱するステップと、
再加熱された空気をタービンを通して乗物の客室に放出するステップと、
を含むことを特徴とする環境調和方法。 Compressing air through a compressor driven by a turbine;
Evaporating air to remove heat;
Reheating the air;
Releasing the reheated air through the turbine into the vehicle cabin;
Environmental harmony method characterized by including.
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